DNA VE HASTALIKLARI Mitochondrial DNA and related diseases

DERLEMELER (Review Articles)

MİTOKONDRİYAL

DNA VE HASTALIKLARI Mitochondrial DNA and related diseases

Sıtkı ÖZTAŞ1, Birkan YAKAN²

Özet: Mitokondriyon genel olarak tüm ökaryotlarda bulunan ve hücresel reaksiyonlar için gerekli enerjinin temin edildiği, sitoplazmanın en önemli organellerinden birisidir. Wallace ve arkadaşları 1988 'de Leber 's Hereditary Optic Neuropathy (LHON) hastalığındaki

moleküler patolojinin mitokondriyal DNA mutasyonundan kaynaklandığını ilk kez ortaya koydular.

Bu tarihten sonra mitokondriyal DNA hastalıkları

konusundaki çalışmaların sayısı hızla artmaktadır.

Mitokondriyal DNA 16569 baz çifti büyüklüğünde, çift zincirli dairesel bir moleküldür. Mitokondriyal DNA üzerinde 37 gen bulunmaktadır. Bu genler 13 mitokondriyal proteini, 22 mitokondriyal tRNA 'yı ve 2 mitokondriyal rRNA 'yı kodlamaktadır. Mitokondriyal DNA maternal kalıtım gösterir. İlk mitokondriyal DNA

hastalığındaki moleküler patolojinin bulunmasından bu yana geçen 10 yıl içerisinde mitokondriyal DNA

mutasyonları ile ilişkili pek çok hastalık tanımlanmıştır.

Bu çalışmada mitokondriyal DNA ve mitokondriyal DNA

hastalıkları literatür ışığında detaylı olarak gözden

geçirilmiştir.

Anahtar Kelimeler: Mitokondriyal DNA, Mutasyonlar

Mitokondriyon genel olarak tüm ökaryotlarda bulunan ve hücresel reaksiyonlar için gerekli enerjinin temin edildiği sitoplazmanın en önemli organellerinden birisidir. Hücrede yüzlerce hatta

bazı hücrelerde binlerce bulunabilen mitokondriyon, oval görünümlü, yaklaşık 1 µM uzunlukta ve 0.5 µM eninde bir organeldir.

Mitokondriyon 1850'de Kolliker tarafından ilk defa

Atatürk Üniversitesi Tıp Fakültesi ERZURUM Tıbbi Biyoloji ve Genetik. Doç.Dr. ^1.

Erciyes Üniversitesi Tıp Fakültesi 38039 KAYSERİ Histoloji ve Embriyoloji. Doç.Dr. ^1.

Geliş tarihi: 22 Temmuz 1998

Summary: Mitochondrion is found in nearly ali eukaryotic cells and provides energy for chemical and mechanical work by storing energy generated /rom cellular metabolites in the high-energy bonds of ATP. in 1988 Wallace et al. first claimed that the mitochondrial DNA mutations cause the molecular pathology of Leber 's Hereditary Optic Neuropathy (LHON). Number of studies on mitochondrial DNA diseases has been increasing since this research. Mitochondrial DNA is a double- stranded,circular DNA molecule. it is 16569 base pair length. Mitochondrial DNA contains 37 genes. These encode 13 mitochondrial proteins, 22 mitochondrial tRNAs and 2 mitochondrial rRNAs. Mitochondrial DNA is inherited maternally. A number of diseases have been described in the /ast ten years since the first pathogenetic mutations in mitochondrial DNA were discovered. Jn this study, mitochondrial DNA and related diseases were reviewed in the light of literature.

Key Words: Mitochondrial DNA, Mutations

görülmüş olmasına rağmen, oksidatif fosforilasyonun merkezi olduğu 1948'de Eugene Kennedy ve Albert Lehninger tarafından ortaya

konmuştur. Deoksiribonükleik asitin (DNA) nükleus

dışında bulunmadığı düşünülmekteydi. Fakat bazı çalışmalarda sitoplazmada mitokondriyanın da pozitif Feulgen reaksiyonu verdiği ortaya konmuş

ise de bu görüş, 1963 'te Nass ve arkadaşlarının

mitokondri içinde iplikler şeklinde DNA molekülleri

olduğunu ortaya koyana kadar bir netlik

kazanmamıştır (1-3). 1970'1i yılların sonuna doğru

mitokondriyal DNA kalıtımından söz edilmeye

başlandı. Anderson ve arkadaşları 1981 yılında

mitokondriyal DNA'nın sekans analizini insanda ve

farklı türlerde karşılaştırmalı olarak ilk kez

gerçekleştirdiler (4). Wallace ve arkadaşları

Erciyes Tıp Dergisi (Erciyes Medical Journal) 21 (!) 63-71, 1999 63

1988'de Leber's Hereditary Optic Neuropathy (LHON) hastalığındaki moleküler patolojinin mitokondriyal ONA mutasyonundan

kaynaklandığını ilk.kez ort;ı:ıya koydul~r. Bu tarihten sonra mitokondriyal ONA hastalıkları konusundaki

çalışmaların sayısı hızla artmıştır (3-7).

Her mitokondriyonda sayısı iki ila on arasında değişen mitokondriyal ONA bulunmaktadır. Ancak bu sayı türden tilre, aynı tilrde kişiden kişiye, aynı kişide dokudan dokuya ve aynı dokuda hücreden hücreye değişiklik göstermektedir. Yapılan bir

çalışmada mitokondriyon başına düşen

mitokondriyal ONA sayısının organlara spesifik

olduğu ve saptanan farklılıkların da hücre diferansiyasyonu sırasında oluştuğu belirtilmiştir

(8,9).

İnsan mitokondriyal ONA'sı 16569 baz çifti

uzunluğunda, biri ağır (heavy) ve diğeri hafif (light) olmak üzere çift zincirli ve sirküler formda olup replikasyon ve transkripsiyonu mitokondriyon içinde olmaktadır. Ağır zincir pürinlerden ve hafif zincir de pirimidinlerden zengindir. Mitokondriyal ONA'da, biri 16S diğeri 12S olmak üzere iki ribozomal RNA (rRNA), 22 transfer RNA (tRNA) ve 13 mesenger RNA (mRNA) olmak üzere toplam 37 gen bulunmaktadır. Mitokondriyal ONA'nın ağır

zincirinde 16S ve 12S rRNA'lar, 12 polipeptid ve 14 tRNA sentezlenirken, hafif zincirden bir polipeptid ve 8 tRNA sentezlenmektedir. Mitokondriyal ONA üzerinde toplam 13 protein kodlayan bölge

bulunmaktadır (3,6,7,9, 1 O) ..

Mitokondriyal ONA'da bulunan iki zincırın

birbirinden ayrı iki replikasyon orijini vardır. Ağır

zincirin replikasyon orijini, D-loop (displacement loop) denilen kontrol bölgede yer alır. Bu bölge ağır

zincirin replikasyon orijinini ve her iki zincire ait ilerletici bölgeleri içerir. Mitokondriyal ONA'nın

%5-7'sini ihtiva eden D-Loop bölgesi gen içermez, bu bölge dışında mitokondriyal DNA'da genler çok

sıkı paketlenmiştir. Genler arası bölgeler yoktur ve genler içinde intron bölgeleri de bulunmamaktadır

(3,7,9,10).

Mitokondriyal DNA'nın transkripsiyonu, nüklear DNA transkripsiyonundan farklıdır. Nüklear DNA transkripsiyonunda her genin ayrı bir ilerleticisi

vardır ve transkripsiyon için o ilerletici spesifiktir.

Mitokondriyal ONA'nın ağır ve hafif zincirlerinde polisistronik transkripsiyon vardır.

Transkripsiyonda ağır zincir için iki, hafif zinciri için de bir tane olmak üzere toplam üç ilerleticisi

bulunmaktadır. Ağır ve hafif zincirlerin transkripsiyonu birbirlerine zıt yönde ilerler (3, 6, 7, 9, 10).

Mitokondri DNA'sının-nüklear DNA'dan bağımsız

bir replikasyon ve transkripsiyon sistemi olmasına rağmen replikasyon ve transkripsiyon için gerekli tüm enzimler nüklear DNA tarafından kodlanmaktadır (3, 6, 10).

Mitokondriyal DNA'nın translasyonunda, polisistronik transkripsiyon ürününden rRNA, tRNA ve mRNA oluşturulur. Mitokondrinin spesifik genetik kodlarını kullanarak 22 tRNA geni ile organele spesifik protein sentezi yapılmaktadır.

Protein sentezi sırasında sitoplazmadan mitokondriye herhangi bir tRNA gelmemektedir (3, 1 O).

Protein sentezinde, mitokondriyal DNA'nın genetik kodu ile nüklear DNA'nın genetik kodu (üniversal kod) hemen hemen aynı olup her ikisi arasında bazı farklılıklar vardır. Bunlar; mitokondriyonda AUA

"metiyonin"i kodlarken, üniversal kodonda

"izolözin"i kodlamaktadır. Üniversal kodonda UGA

"stop" kodonu iken, mitokondriyonda "triptofan"ı

kodlar. Üniversal kodonda AGA ve AGG "arginin"i kodlarken, mitokondride bunlar "stop" kodonudur.

Yine mitokondriyonda AUA, AUU ve AUG

"başlama" kodonu iken, üniversal kodonda AUG ve GUG "başlama" kodonudur (3,6,10).

Mitokondriyal ONA kalıtımı genellikle sitoplazmik bir kalıtım olup, bu kalıtım anne yoluyla yavrulara

aktarılmaktadır (matrilineal kalıtım). Bu kalıtımda

spermatozoon fertilizasyon sırasında korona

radiatanın delinip geçilmesi, zona pellusidanın

64 Erciyes Tıp Dergisi (Erciyes Medical Journal) 21 (1) 63-71, 1999

delinip geçilmesi ve oosit ile spermatozoonun hücre

zarlarının kaynaşması evrelerini tamamlamaktadır.

Spermatozoon, oositin hücre memranına dokunur dokunmaz her iki plazma membranı birbiriyle

kaynaşır. Spermatozoonun akrozomal başını

çevreleyen hücre zarı, akrozom reaksiyonu sırasında kaybolduğundan gerçekte kaynaşma oositin hücre

membranıyla, spermatozoon başının arka kısmını

çevreleyen membran arasında olur. İnsanlarda oosit

sitoplazması içine spermatozoonun hem başı hem de

kuyruğu girer. Spermatozoonun diğer sitoplazmik bölümleri olan mitokondriya ve kuyruk parçası

muhtemelen gelişmede rol oynamazlar. Ancak sentrioller geriye kalır ve "sperm aster" yapısının

temelini oluşturur. Spermatozoonun plazma

membranı oositin yüzeyinde kalır. Fertilizasyon

esnasında spermatozoonun bütün içeriği ooplazmaya

akmasına rağmen spermatozoonun baş kısmı

içerisindeki nükleus genetik materyali zigota katkıda

bulunmakta ancak sitoplazmik organellerden mitokondriya bu olaya pek katılmamaktadır (3, l 0- 12). Böylece hasta annenin çocuklarının tamamının

hasta olması, hasta babanın ise tüm çocuklarının sağlıklı olması sitoplazmik kalıtımın karakteristiği olmaktadır (Şekil 1).

Mitokondriyal DNA, nüklear ONA'dan bağımsız

olarak replikasyon yapar. Mitokondriyonun bu otonom özelliği nedeniyle hücre bölünmesi sırasında

mitokondriyal ONA heteroplazmik bir dağılım

gösterebilir. Mitokondriyal ONA'da oluşabilecek

mutasyonlar sonucu hücre içinde mutant ve normal mitokondriyal ONA'lar yavru hücrelere rastgele

dağılır. Takibeden bir seri mitotik ve mayotik bölünme sonucunda mitokondriyal ONA'nın dağılımının rastgele olması sonucunda homoplazmik (ya tamamen normal veya tamamen mutant) hücreler de oluşabilir. Sonuç olarak bu durum, mitokondriyal DNA ile geçiş gösteren

hastalıkların kliniğinde veya mitokondriyal ONA ile

yapılan çeşitli çalışmalarda farklılıklar olarak

karşımıza çıkmaktadır (3, 7, l O-l 6).

MİTOKONDRİYAL DNA PATOLOJİLERİ Mitokondriyal DNA'dan kaynaklanan patolojileri

başlıca 5 ana grupta toplamak mümkündür.

Öztaş, Yakan

1-Mitokondriyal ONA'daki delesyon (kopma) ve insersiyonlara (eklenme) bağlı patolojiler,

2-Mitokondriyal proteinleri değiştiren tek nükleotid

mutasyonları,

3-Mitokondriyal tRNA genini değiştiren tek nükleotid mutasyonları.

4-Mitokondriyal rRNA genini değiştiren tek nükleotid mutasyonları

5-Mitokondiyal ONA'daki akkiz defektler ve

yaşlılık

1. Mitokondriyal DNA'daki delesyon ve insersiyonlara bağlı patolojiler

a) Progressif Eksterna/ Ofla/mopleji (PEO): Bu

hastalık miyopati, pitosis ve progressif oftalmopleji ile seyreder. Hastaların çoğunda heteroplazmik mitokondriyal ONA delesyonu tespit edilmiştir.

Sıklıkla görülen mitokondriyal ONA'nın 4977

bazlık delesyonudur. Bu delesyon 8482 ile l 3460 nükleotidleri arasında yer alır (Şekil 2). Buradaki delesyon bölgeleri incelendiğinde 84 70-8482

numaralı bazlar ile 13447-13459 numaralı bazlar

arasında yeralan 13 baz çiftlik nükleotid

tekrarlarının ( 5 '-ACCTCCCTCACCA-3 '), PEO'daki bu delesyon için "sıcak nokta" lan

oluşturduğu öngörülmektedir ( 1 O, 16-19).

b) Kearns-Sayre Sendromu (KSS): Yeni doğanda

laktik asidozis, kardiyak disritmi, ataksi, işitme kaybı, proksimal miyopati, pigmente retinopati, eksternal oftalmopleji ile seyreden multisistem nörolojik bir hastalıktır. Burada yine 8482 ile 13460

numaralı bazlar arasında 4977 bazlık mitokondriyal DNA delesyonu tespit edilmiştir (Şekil 2). Kearns- Sayre Sendromu, PEO'nin 20 yaşından önce

başlayan bir formu olarak kabul edilmektedir.

KSS'lu hastalarda yapılan çalışmalarda biri dışında

tüm hastaların lökosit mitokondriyal DNA'ları

normal bulunduğu halde, kas mitokondriyal

ONA'larında delesyonlar gözlenmiştir (10, 16-19).

c) Pearsons Marrow-Pancreas Sendromu : Ciddi pansitopeni ile seyreden ve pankreasın ekzokrin bezlerini, karaciğer ve böbreği tutan, hematopoezisi etkileyen ölümcül bir hastalıktır. Burada yine

Erciyes Tıp Dergisi (Erciyes Medical Journal) 21 (]) 63-71, 1999 65

mitokondriyal DNA'nın 8482 ile 13460 numaralı bazları arasında 4977 bazlık delesyonu görülmektedir (Şekil 2). Bu sendromda görülen

delesyonların büyüklüğü ve yeri hastadan hastaya

değişmektedir. (10, 16-19).

d) Kearns-Sayre Sendromu, Mitokondriyal Miyopati, Diabetes Mel/itus ve İşitme Kaybı'nın birarada görüldüğü i~İ hastada, mitokondriyal

DNA'nın heteroplazmik olan ve yaklaşık 8 kb'lık bir

parçasının duplikasyqnu tanımlanmaktadır. Bu duplikasyon patolojisi sporadik olup, hastaların

sadece kaslarından elde edilen mitokondriyal DNA örneklerinde tespit edilmiş, diğer dokularda ise mitokondriyal DNA normal bulunmuştur (22).

e) Diabetes Mellitus ve İşitme Kaybı'nın birarada

görüldüğü ve maternal kalıtım gösteren bu sendromda, mitokondriyal DNA'nın hafif zincirindeki 4398 ile 14822 numaralı nükleotidler

arasındaki 10423 bazlık bölgeyi içeren bir delesyon

tanımlanmıştır (1 O, 23).

t) Wolfram Sendromu: Optik atrofi, diabetes

Sağlıklı erkek

sağlıklı kadın

mellitus, diabetes insipitus, sensorinöral tip işitme kaybı, üriner sistemde anormallikler ve nörolojik bozukluklarla karakterize otozomal resessif bir

hastalıktır. Son zamanlarda Wolfram sendromlu bir ailenin mitokondriyal DNA'larında %23 oranında

8.5 kb'lık heteroplazmik bir delesyon tespit

edilmiştir. Delesyon mitokondriyal DNA'nın hafif zincirinde olup, hafif zincirin orijin noktasını da içine almaktadır (24).

g) Mitokondriyal DNA'nın delesyon tespit edilen

olguları genel olarak ele alındığında büyük bir kesimi aile hikayesi göstermeyen spontan

mutasyonlardır. Ayrıca delesyonun dokulardaki

dağılımı farklılıklar göstermekte ve doku

mozaısızmi görülmektedir. Bu durum aynı

delesyonun bulunduğu olguların kliniklerindeki

farklılıkları da açıklayabilir. Mitokondriyal DNA delesyonuna bağlı hastalıkların şiddeti yaşla birlikte artan delesyonlu mitokondriyal DNA'nın sayısı ile de orantılıdır. Delesyona uğramış mitokondriyal DNA boyunun kısa olması nedeniyle, normal mitokondriyal DNA'ya göre replikatif bir üstünlük

sağlamakta ve normallere göre oranı daha fazla

artmaktadır (7, 10, 16).

Etkilenmiş erkek

Etkilenmiş kadın

Şekil 1. Mitokondriyal DNA kalıtımını açıklamak üzere hazırlanan ideal bir pedigri (Burada mitokondriyal DNA kalıtımı homoplazmik olarak düşünülmüştür) (13).

66 _{Erciyes Tıp} Dergisi (Erciyes Medica/Journal) 21 (!) 63-71, 1999

l OH

ND-1

LHON (14484)

ND-4

Öztaş, Yakan

ME(8344) LEIGH RRF NARP veya

o.

\ (899\

ı ~

,; ...

- .... ..

il

D

Fl B

Konl)leks-1 genleri (NADH dehidrojenaz)

Konl)leks- V genleri (ATP sentaz)

O

coıı

.. .. .... . .

r:::: ^{.... ..} ::::::: ^{... co ııı}

A8 A6

5 kb delesyon

il

177] Korrpleks-111 genleri

~ (Ubiquinol; sitokrom-C oksidoredüktaz)

Şekil 2. Mitokondriyal DNA'da yaygın olarak görülen mutasyon noktaları ve hastalıkların görüldüğü diyagram. (ND 1, ND 2, ND 3, ND 4, ND 4L, ND 5 ve ND 6: NADH dehidrojenaz alt ünitelerini; CO I, CO II, CO III: Sitokrom C oksidaz alt ünitelerini; 12S ve 16S: rRNA alt ünitelerini; A6 ve A8: ATPase alt ünitelerini gösteren kısaltmalardır)(l9)

2. Mitokondriyal Proteini Değiştiren Tek Nükleotid Mutasyonları:

a) Leber's Hereditary Optic Neuropathy (LHON):

Optik atrofiye bağlı akut veya subakut bilateral görme kaybı ve yaygın olarak kardiak disritmilerle

beraberdir. Fundoskopik muayenede prepapiller mikroanjiopati presemptomatik olarak sık.rastlanır.

LHON, orta yaşlarda başlar. Burada görülen en

yaygın mutasyon, mitokondriyal DNA' nın ND 4 (NADH dehidrojenaz 4) genindeki l 1778 numaralı

nükleotidde Adenin yerine Guani~ gelmekte ve Arginin, Histidin'e dönmektedir. Bunun sonucunda,

Erciyes Tıp Dergisi (Erciyes Medica/ Journa/) 21 (1) 63-71, 1999 67

Kompleks 'deki NAOH dehidrojenaz etkilenmektedir. Bu hastalık için bugüne dek tespit edilen 18 farklı mutasyon noktası ortaya konmuştur.

LHON bir enzim eksikliğinden değil, elektron transportun bir yerde (ND 1, NO 2, NO 4, NO 5, NO 6, CO I, CO III, ATPase 6, Sitokrom-b genlerinde) inhibe edilmesinden dolayı olmaktadır (Şekil 2). Bu inhibisyon nüklear DNA'dan da kaynaklanabilir.

Ayrıca erkeklerde X'e bağlı mutant bir genin varlığı da çeşitli çalışmalarda ortaya konmuştur (5,7, 10, 14-

17, 23-25).

b)Leigh hastalığı (Subakut Nekrotize Ansefalomyelopati): İnfantlarda görülen laktik asidemi, hipotoni, ataksi, retinitis pigmentoza ile seyreden nörodejeneratif bir hastalıktır.

Mitokondriyal ONA' da A TPase-6 geninde 8993 numaralı nükleotid olan Timin yerine Guanin gelmiş ve sonuçta 156. Pozisyondaki Lözin amino asidi Arginin'e dönüşmüştür ( l O, 16, 18, 19, 28) (Şekil 2).

c) Nöropati, Ataksi, Retinitis Pigmentoza (NARP):

Nörodejeneratif bir hastalık olan NARP, proksimal kaslarda zayıflık, gelişme geriliği, nöropati, ataksi, nöbetler ve retinitis pigmentoza ile karakterizedir.

Bu hastalıkta da mitokondriyal ONA'nın ATPase-6 geninin 8993 numaralı nükleotidinde Timin yerine Guanin gelmesi ile oldukça iyi korunan Lözin'in Arginin'e dönüşmesi mutasyonu görülür (Şekil 2).

Bu patolojinin Leigh hastalığından farkı

heteroplazmik bir mutasyon olması ve hastalığın

ileri yaşlarda görülmesidir (10, 16, I 8, 19, 29).

3. Mitokondriyal tRNA Genindeki Tek Nükleotid

Mutasyonları:

a) Myoklonik Epilepsi-Ragged Red Fiber (MERRF):

Miyoklonik epilepsi, mitokondriyal miyopati, sensorinöral tip işitme kaybı, demans, ataksi, hipoventilasyon ve orta dereceli kardiomiyopati ile giden bir hastalıktır. Mitokondriyal miyopati düzensiz kırmızı kas lifleri gösterir. Mitokondriyal

ONA'nın 8344 numaralı nükleotidinde Adenin yerine Guanin gelerek tRNA lys genindeki T C kolunun değişmesine neden olmuştur (Şekil 2).

Böylece kompleks I ve IV'ün mitokondriden sentezlenen alt üniteleri ile ilgili protein sentezinde azalma olmaktadır. Hastalık mutant mitokondriyal ONA yüzdesi ile orantılıdır. Yaş ilerledikçe oksidatif fosforilasyon kapasitesi düşer ve gerekli minimum enerjinin altına indiğinde semptomlar ortaya çıkmaya başlar (7, 10, 16-19, 30) ..

b) Mitokondriyal miyopati, Ensefalopati, Laktik Asidosis, Stroke-like episodes (MELAS): Mitokondriy al ensefalomiyopati ile birlikte periyodik paralizi benzeri nöbetler gösteren bu sendromda mitokondriy al ONA'da 3243 numaralı

bazda Adenin yerine Guanin gelerek tRNA Leu geninin dihidrouridin kolunda mutasyon meydana getirir (Şekil 2). MELAS, Kompleks I defektleri ile

bağlantılı olup, yaşla hastalığın ilerlemesi artar (7,10, 16-19, 31).

c) Letal Infantil Mitokondriya/ Miyopati (L/MM):

Postpartum ağır laktik asidoz, hipotoni, kalp ve iskelet kaslarında mitokondriyal miyopati, solunum

yetersizliği ve yeni doğan döneminde solunum

yetmezliğine bağlı ölümün görülebildiği heterojen bir hastalık grubudur. Bu hastalık için yapılan bir çalışmada mitokondriyal ONA'da 4317 numaralı b~z~a ~?rülen bir_ ~utasyon i_le tRNA¹¹

• t

15923 nükleotidde ve 15924 numaralı nükleotidde iki mutasyon beraber görülmüştür. Kontrollerde 15924 numaralı nükleotiddeki mutasyonun % 11 oranında görülmesi ile burasının polimorfik bir nokta olabileceğini düşündürmektedir (7, I O, 16, 32).

d) Materna//y Inherited Myopathy Cardiomyopathy (MMC): Maternai kalıtım gösteren kardiyomiyopati, mitokondriyal miyopati ve kompleks I ve IV defektleri şeklinde ortaya çıkan bir hastalıktır.

Burada mitokondri yal ONA'nın 3260 numaralı

nükleotidindeki Adenin yerine Guanin gelmekte ve tRNAıcu geni etkilenmektedir (7, 1 O, 16).

e)

68 Erciyes Tıp Dergisi (Erciyes Medical Journal) 21 (/) 63-7 /, 1999

eşlik ettiği diabetes mellituslu hastalarda yapılan

incelemelerde, mitokondriyal DNA'nın 3243

numaralı nükleotidinde Adenin yerine Guanin gelerek tRNA^1eu geni etkilenmiştir (33,34).

f) Diğer tRNA gen mutasyonları ise: Kronik

İntestinal Psödoobstruksiyon, Miyopati ve Oftalmopleji (CIPO) nin birlikte görüldüğü ve mitokondriyal DNA'da 12246 numaralı bazda tRNA'⁰' geninin, 12308 numaralı nükleotidde

tRNA¹⁰" geninin ve 10006 numaralı bazda da tRNN¹Y

genlerinin birlikte etkilendiği görülmüştür (7, I O, 16).

Son zamanlarda ortaya konan ve kardiyomiyopati ve

işitme kaybının birlikte görüldüğü iki ailede yapılan çalışmalarda mitokondriyal DNA'nın 8363 numaralı

nükleotidinde Guanin yerine Adenin gelerek, tRNA¹Y' geni mutasyonu ortaya çıkmaktadır (35).

4-Mitokondriyal rRNA genini değiştiren tek nükleotid mutasyonları:

Maternal kalıtım gösteren nonsendromik sensorinöral tip işitme kaybı olan büyük bir ailenin mitokondriyal DNA'ları incelenmiştir. Burada mitokondriyal DNA'da homoplazmik 7 mutasyon tespit edilmiştir. Bunlar: l 2S rRNA geninde 1555

numaralı nükleotidde Adenin yerine Guanin gelmesi, tRNA A,n geninde 5704 numara! ı nükleotidde Sitozin yerine Timin gelmesi, A TPase 6 geninde 8582 numaralı nükleotidde Sitozin yerine Timin gelmesi, ND 3 geninde 10143 numaralı

nükleotidde Guanin'in Timin'e değişimi, NO 4 geninde 11025 numaralı nükleotidde Timin'in Sitozin'e değişimi, NO 5 geninde 12950 numaralı

nükleotidde Adenin'in Guanin'e değişimi ve Sitokrom-b geninde 15884 numaralı nükleotidde Guanin'in Timin'e değişimi mutasyonlarıdır.

Ayrıca başka bir çalışmada yüksek dozlarda ve/veya uzun süreli aminoglikozid kullanımına bağlı akkiz

işitme kaybı görülen ve ortaya konan pedigri örnekleri ile maternal kalıtım· gösteren hastalarda,

Öztaş, Yakan

mitokondriyal DNA incelenmiş ve 12S rRNA genindeki 1555 numaralı nükleotidde oldukça iyi korunan Adenin'in Guanin'e dönüştüğü tespit

edilmiştir (Şekil 2). Etiyolojileri farklı olan bu iki tip

işitme kaybında tespit edilen ortak 12S rRNA geni mutasyonunun oldukça anlamlı olduğu düşünülmektedir (36-38).

5-Mitokondiyal DNA'daki akkiz defektler ve

yaşlılık

Beyin ve kas gibi bölünmeyen dokuların otopsi materyallerinde mitokondriyal ONA incelenerek, nörodejeneratif hastalıklarda mitokondriyal

DNA'nın, normalde ileri yaşlarda gözlenen mutasyon oranından belirgin olarak daha fazla bir

artış olduğu ileri sürülmektedir (39). Bu konuda

yapılmış olan 2 değişik çalışmada, ileri yaşlarda başlayan nörodejeneratif hastalıklarda beyin korteksinden ve adult çağda ortaya çıkan

kardiomiyopatili hastaların kalp kasından alınan

otopsi materyallerinde yapılan postmortem moleküler çalışmalarda, bu dokularda mitokondriyal DNA mutasyonlarının normalde beklenenden daha fazla olduğu tespit edilmiştir. Bu çalışmalar için yaş gruplarına göre seçilmiş kontrollerde, ilerleyen yaş

ile beyin korteksi ve kalp kası gibi dokuların

mitokondriyal ONA'larında 4977 baz çiftlik delesyonlar gösterilmiştir ( 40, 41 ). Yaş ilerledikçe oksidatif fosforilasyon kapasitesinin düştüğü ve mitokondriyal DNA delesyonlarının ortaya çıktığı

biyokimyasal ve moleküler çalışmalarla ortaya

konmuştur. Yaşa bağımlı mitokondriyal ONA zedelenmesine, oksidatif fosforilasyonun doğal

ürünü olan oksijen radikalleri neden olmaktadır.

Mitokondriyal ONA, nüklear ONA'ya göre oksidatif zedelenmeye 16 kat daha yatkındır. Çünkü oksijen radikallerinin kaynağı mitokondriyondur ve mitokondriyal DNA histon proteinlerinden ve tamir

mekanizmasından yoksundur. Yaşlılıkta oksidatif fosforilasyon kapasitesinin düşmesi ile elektronların alıcı molekül tarafından yakalanması azalır ve serbest oksijen radikalleri mitokondriyal matrikste birikmeye başlar. Bu durum mitokondriyal ONA'da

olası mutasyonları in dükler. Oelesyonlu

Erciyes Tıp Dergisi (Erciyes Medical Journal) 21 (1) 63-71, /999 69

mitokondriyal DNA'nın replikasyonu normal mitokondriyal DNA'ya göre daha kolay olduğundan,

delesyonlu mitokondriyal DNA'nın miktarı giderek artacak ve bir kısır döngüye neden olacaktır. (7, 1 O, 16, 42).

KAYNAKLAR

/. Tand/er B, Hoppe/ CL. Mitochondria. Academic Press, New York 1973, pp /-59

2. Karo/ S, Ayvalı C, Su/udere Z. Hücre biyolojisi.

(3. Baskı), Gözde Ofset, Ankara 1995, ss 324-362.

3. Solak M, Şengil AZ, Öztaş S. Rekombinant DNA Teknolojisi Temel İlkeleri ve Uygulama

Alanları. Bilim Teknik Kitabevi, Manisa 1997, ss 27-35.

4. Anderson S, Bankier AT, Barre/1 BG, et al.

Sequence and organization of the human mitochondrial genome. Nature 1981; 290: 457- 464.

5. Wallace DC, Singh G, Lott MT. et al.

Mitochondria/ DNA mutation associated with Leber's hereditary optic neuropathy. Science

1988; 242: 1427- 1430.

6. Albert B, Eray D, Lewis J, et al. Molecular biology o/ the celi. (3 rd Ed). Gar/and Pub/ishing ine., New York 1994, pp 653-720.

7. Öner R, Balkan H. Mitokondriyal DNA ve mitokondriya/ hastalıkların moleküler patolojisi. Çocuk Sağlığı ve Hastalık/arı

Dergisi 1994; 37: 181-195.

8. Veltri KL, Espiritu M, Singh G. Distinct genomic copy number in mitochondria of different mammalian organs. J Celi Physio/ogy 1990; 143: 160-164.

9. Bayrak P. Mitokondriya/ DNA ve diferansiyasyon. Ankara Üniv Tıp Fak Tıbbi

Biyoloji Anabilim Dalı Seminer Programı,

l 996, Ankara Üniversitesi Matbaası, Ankara.

10. DiMauro S, Wa/lace DC. Mitochondria/ DNA in humanpatho/ogy. Raven Press, New York 1993, pp 1-172.

11. Car/son BM. Patten 's Foundations of

Embryology. McGraw-Hill, ine. New York 1996, pp 121-139.

12. Sadler T. W. Langman 's Medica/ Embryology (Çev.ed.Can Başaklar) Pa/me Yayıncılık.

Ankara, 1996. ss 27-29.

13. Başaran N. Tıbbi genetik. Bilim Teknik

Yayınevi, İstanbul 1996, ss 270-274.

14. Giles RE, Blanch H, Cann HM, et al. Maternal inheritance of human milochondrial DNA. Proc Nat/ Acad Sci USA 1980; 77: 6715-6719. l 5. Brown WM. Polymorphism in mitochondrial

DNA of humans as revealed by restriclion endonuclease analysis. Proc Nal/ Acad Sci USA 1980; 77: 3605-3609.

16. Wa/lace DC. Disease oflhe mitochondrial DNA.

AnnuRevBiochem 1992, 61: 1175-1212.

17. Shojfner JM, Wallace DC. Mitochondrial genetics: Principle and practice. Am J Hum Genel 1992; 51: l 179-1186.

18. Wa/lace DC. Mitochondrial disease: genotype versus phenotype. Trends in Genel 1993; 9:

128-133.

l 9. Johns DR. Mitochondrial DNA and disease. The New Engl J Med 1995; 333: 638-644.

20. McShane MA, Hammans SR, Sweeney M, et al.

Pearson syndrome and milochondrial encephalomyopathy in a patient wilh a deletion ofmtDNA. Am J Hum Genel 1991; 48: 39-42.

21. Gürgey A, Rötig A, Gümrük F, et al. Pearson 's Marrow-Pancreas Syndrome in 2 Turkish Children. Acta Haematol 1992; 87: 206-209.

22. Poulton J, Deadman ME, Gardner ME.

Duplication of milochondrial DNA in milochondria/ myopathy. Lancet 1989; 1: 236- 240.

23. Ballinger SW, Shojfner JM, Hedaya EV, et al.

Malernally transmitted diabeles and deafness associated with a 1 O. 4 kb mitochondrial DNA deletion. Nature Genel 1992; 1: 11-15.

24. Barrienlos A, Casademont J, Saiz A, et al.

Aulosoma/ recessive Wolfram syndrome associated with an 8.5-kb mtDNA single deletion. Am J Hum Genel 1996; 58: 963-970.

25. Vilkki J, Ott J, Savontaus ML, et al. Optic

70 Erciyes Tıp Dergisi (Erciyes Medica/Journal) 21 (/) 63-71, 1999

atrophy in Leber hereditary optic neuroretinopathy is probably determined by an X-chromosomal gene c/ose/y linked to DXS7.

Am J Hum Genel 1991; 48: 486-491.

26. Riordan-Eva P, Harding AE. leber's hereditary optic neuropathy: The c/inica/ relevance of different mitochondrial DNA mutations. J Med Genel 1995; 32: 81-87.

27. De Vries DD, Went LN, Bruyn GW, et al.

Genetic and biochemical impairment of mitochondrial Complex 1 activity in a fami/y with Leber hereditary optic neuropathy and hereditary spastic dystonia. Am J Hum Genel 1996; 58: 703-711.

28. Tatuch Y, Christodoulou J, Feigenbaum A, et al.

Heteroplasmic mtDNA mutation (TG) at 8993 can cause Leigh disease when the percentage of abnormal mtDNA is high. Am J Hum Genel 1992; 50: 852-858.

29. Halt 1J, Harding AE, Petty RKH, et al. A new mitochondrial disease associated with mitochondrial DNA heteroplasmy. Am J Human Genel 1990; 46: 428-433

30. Wal/ace DC, Zheng X,Lott MT, et al. Familial mitochondrial encephalomyopathy (MERRF):

Genetic, pathophysiological, and biochemica/

characterization of a mitochondrial disease.

Celi 1988; 55: 601-610. .

31. Gato Y, Nonaka 1, Horai S. A mutalion in the tRNALeu(UUR) gene associated with the MELAS subgroup of mitochondria/

encephalomyopathies. Nature 1990; 348: 651- 653.

32. Brown MD, Torroni A, Shojfner JM, et al.

Mitochondrial tRNAThr mutation and lethal infantile mitochondrial myopathy. Am J Human Genel 1992; 51: 446-447.

33. Van den Ouweland JMV, Lemkes HHPJ, Ruitenbeek ~ et al. Mutation in mitochondrial tRNA/eu(UUK) gene in a large pedigree with

Öztaş, Yakan

maternally transmitted type il diabetes mellitus and deafness. Nature Genet 1992; 1: 368-371. 34. Reardon W, Ross JMR, Sweeney GM, et al.

Diabetes me/litus associated with a pathogenic point mutation in mitochondrial DNA. Lancet

1992; 340: 1376-1379.

35. Santore/li FM, Mak S-C, El-Schahawi M, et al.

Maternal/y inherited cardiomyopathy and hearing loss associatedwith a novel mutation in the mitochondrial tRNAlys gene (G8363A). Am J Hum Genel 1996; 58: 933-939.

36. Prezant TR, Agapian JV, Bohlman MC, et al.

Mitochondrial ribosomal RNA mutation associated with both antibiotic-induced and nonsyndromic deafness. Nature Genel 1993; 4:

289-294.

37. Fischel-Ghodsian N, Prezant TR, Bu X, et al.

Mitochondrial ribosomal RNA gene mutation in a patient with sporadic aminoglycoside ototoxicity. Am J Otolaryn 1993; 14: 399-403.

38. Fischel-Ghodsian N. Mitochondrial mutations and hearing loss: Paradigm for mitochondrial genetics. Am J Hum Genel 1998; 62: 15-19.

39. Soong NW, Hinton DR, Cortopassi G, et al.

Mosaicismfor a specific somatic mitochondrial DNA mutation in adult human brain. Nature Genel 1992; 2: 318-323.

40. Cortopassi GA, Shibata D, Soong NW, et al. A pattern of accumulation ofa somatic deletion of mitochondrial DNA in aging human tissues.

Proc Natl Acad Sci USA 1992; 89: 7370-7374.

41. Corral-Debrinski M, Horton T, Lott MT, et al.

Mitochondrial DNA deletions in human brain:

regional variability and increase with advanced age. Nature Genel 1992; 2: 324- 329.

42. Corral-Debrinski M, Stepien G, Shojfner JM, et al. Hypoxemia is associated with mitochondrial DNA damage and gene induction. JAMA 1991;

266: 1812-1816.

Erciyes Tıp Dergisi (Erciyes Medical Journal) 2 I (/) 63-7 l, 1999 ₇₁